Beynimiz kırıştırılmış kâğıt tomarı gibi mi?

Görsel açıklaması: Farklı memeli türlerinin beyinlerinin karşılaştırılması. Yumuşak yüzeyli marmoset beyninden (sağ sütunda, üstte) çok kıvrımlı insan beynine (sağ sütunda, altta) birçok memelinin beyninde görülen kıvrımlaşma

İster insan, ister balina ya da fil olsun, birçok memelinin beyni detaylı kıvrımlarla kaplıdır. Yeni yapılan araştırmaya göre, bu kıvrımlılığın derecesi, ölçekleme kanunu adı verilen, aynı zamanda kâğıdın kırışmasını da açıklayan bir matematiksel ilişkiye göre belirlenebiliyor. Gözlemlere göre, memeli beyinlerinde görülen bu sayısız farklı yapı, türden türe değişiklik gösteren çözülmesi güç gelişim süreçlerinden ziyade, aynı basit fiziksel süreçten kaynaklanıyor.

Kaliforniya Üniversitesi’nden sinirbilimci Georg Striedter, biyolojide eldeki tüm verilere tam olarak uyan bir matematiksel ilişkinin bulunmasının çok nadir olduğunu söylüyor. Striedter, bir şeyler yakalanmış olabileceğini belirtiyor. Ölçekleme kanununun, tam gelişmiş beyinlerdeki kıvrımların desenlerini açıklayabildiğini, ancak gelişmekte olan beyinlerde kıvrımların nasıl ortaya çıktığını açıklayamadığını da ekliyor.

Memeli beyinlerindeki kıvrımlar, korteksin yani nöronların bulunduğu gri maddenin dış katmanının toplam alanının artmasına sebep olmaktadır. Kıvrımlı korteksler tüm memelilerde bulunmaz. Örneğin, fareler ve sıçanlar düz yüzeyli, lizansefalik (lissencephalic) beyne sahiptir. Buna karşın primatlar, balinalar, köpekler ve kediler kıvrımlı, jiransefalik (gyrencephalic) beyne sahiptir.

On yıllardır biliminsanları bir türdeki beynin kıvrımlarının miktarıyla diğer karakteristik özellikler arasında bir ilişki olup olmadığını bulmakla uğraşıyor. Örneğin, beyni küçük hayvanlar düz bir beyne sahip olma eğilimi gösterse de, korteksin toplam alanının beynin dış yüzeyine olan oranıyla ölçülen kıvrımlaşma miktarıyla beynin kütlesi arasında net bir ilişki bulunmuyor. Çeşitli hayvan türleri için kıvrımlaşma-beyin kütlesi grafiği çıkardığımızda, verilerin tüm alana yayıldığını ve bir eğri oluşturamadıklarını görüyoruz. Benzer şekilde, kıvrımlaşma miktarı ile nöron sayısı, korteksin toplam alanı ya da korteks kalınlığı arasında da net bir ilişki bulunmuyor.

Ama artık, Brezilya’daki Rio de Janerio Federal Üniversitesi’nden sinirbilimci Suzana Herculano-Houzel ve fizikçi Bruno Mota, memelilerin beynindeki kıvrımlaşmayı açıklayabilecek evrensel nitelikte matematiksel bir ilişki bulduklarını savlıyor. İkili, 62 farklı türden aldıkları verileri kullanarak, korteks alanı ile korteks kalınlığının kare kökünün çarpımı ile beynin dış yüzey alanı arasındaki ilişkinin grafiğini çizdi. Araştırmacıların Science dergisinde belirttiğine göre, tüm veri noktaları, gerek jiransefalik gerek lizansefalik canlılarda tek bir evrensel eğri üzerine oturuyor. Bu eğri, toplam korteks alanıyla kalınlığın bileşiminin, dış yüzey alanın 5/4’üncü kuvvetiyle orantılı olarak arttığını gösteriyor; tıpkı çemberin alanının yarıçapın karesiyle orantılı şekilde artması gibi.

Kulağa karmaşık gelse de, bu evrensel ilişki kırıştırılmış kâğıt tomarlarının açıklamasıyla aynı. Herculano-Houzel bunu farklı boyut ve kalınlıkta kâğıtları kırıştırıp yüzey alanlarını ölçerek gösteriyor. Bu ilişki, bükülmüş kâğıdın, enerjisini en aza indirgeyecek şekle girmesinden kaynaklanıyor. Yani muhtemelen, kıvrımlaşmada korteks de basitçe mekanik enerjisini en aza indirecek şekle bürünüyor.

Fakat Striedter kırıştırılmış kâğıtla kurulan bu analojinin tamamen güvenilir olmadığını ileri sürüyor. Kâğıdın eller tarafından uygulanan dış kuvvetlere maruz kaldığını, oysa kortekse etkiyen kuvvetlerin büyük ihtimalle içerden geldiğini belirtiyor. Makale üzerine yine Science’da yayımlanan bir yorumun eşyazarlarından olan Striedter, biliminsanlarının henüz bu kuvvetlerin nasıl oluşup kıvrımlaşmaya sebep olduğunu belirleyemediklerini söylüyor. Konuyla ilgili bazı modellerin, kıvrımlaşmayı, korteksin dış katmanının iç katmanına göre daha hızlı büyümesiyle açıkladığını da belirtiyor. “Ölçekleme sadece bir konu” diyen Striedter, “bunun mekanizması ise bambaşka bir konu” diye ekliyor.

Ne var ki, Herculano-Houzel’e göre durum farklı. Herculano-Houzel, gelişimin her aşamasında büyüyen korteksin kafatasından gelen dış kuvvete maruz kaldığını belirtiyor. Sınırlı bir alanda büyüyen korteksin mutlaka kırışması gerektiğini ve her aşamada ölçekleme ilişkisinin sağlandığını savunuyor. Bunun büyüyen domuzlar üzerinde test edilebileceğini ve şimdiki adımının bunu yapmak olduğunu söyleyen Herculano-Houzel, eğer ölçekleme ilişkisinin gelişimin tüm evrelerinde geçerli olduğu sonucuna varılırsa, kıvrımlaşmayı açıklamak için başka bir mekanizmaya gerek kalmayacağını belirtiyor.

Çeviren: Ceyhun Ceylan
İTÜ Uçak Mühendisliği

Bilim ve Gelecek Dergisi

Yazıyı Hazırlayan: Matematiksel

Bu yazı gönüllü yazarlarımız tarafından hazırlanmış veya sitemiz editörleri tarafından belirtilen kaynaktan aslına uygun kalınarak eklenmiştir.

Bunlara da Göz Atın

Seçim Paradoksu 2: Bolluk İçinde, ‘Bol Bol’ Mutsuzluk

Dünyamızın, insan ırkının oyun hamuru gibi olduğunu düşünmeye başlamıştım. Birden kendimi seçimlerimizin kaynağını sorgularken buldum. …

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

ga('send', 'pageview');